數字電視發射機激勵器電路技術分析

任立君 李艷華 王秋松（內蒙古新聞出版廣電局阿爾山768發射臺，內蒙古 興安盟阿爾山 137800）

數字電視發射機激勵器電路技術分析

任立君 李艷華 王秋松
（內蒙古新聞出版廣電局阿爾山768發射臺，內蒙古 興安盟阿爾山 137800）

摘 要：數字激勵器的信號處理方式不同于模擬激勵器，數字激勵器在處理輸入的TS信號時，需要把輸入信號轉換為正交數字基帶信號，然后進行均衡處理和線性預校正，處理后的信號再轉換回模擬基帶信號，經調制在RF載波頻點處經功率放大器放大輸出。

關鍵詞：編碼器；數字均衡器；數字自適應預校正

數字電視發射機的激勵器通過信道編碼、調制和上變頻等手段，提高了信號的抗干擾能力，確保了傳輸信號的穩定收發。輸入激勵器的傳輸碼流是MPEG - 2 TS，經編碼器信道編碼和數字調制器調制后的標準輸出中頻信號通過上變頻至RF載波頻道。數字激勵器采用中頻自適應預校正技術改善了互調失真指標，提高了功放系統的效率，實現了整機系統的自動調整，確保了發射機能夠高效穩定的運行。數字激勵器由對數字TS流進行編碼的編碼器電路，對數字基帶信號進行預校正和數/模轉換的數字均衡器電路，調制器電路，產生RF載波的頻率合成器電路和控制電路等組成。電路工作框圖如圖1所示。

一、數字激勵器構成

1 編碼器

數字激勵器編碼器起到3個方面的作用。一是糾錯編碼，二是按要求的標準進行調制，三是延時控制。主要功能是對輸入的數字碼流進行信道編碼（糾錯編碼）。考慮到雷電、電器電火花等對發射的調制信號信道造成的干擾，及移動接收信號時的多普勒效應干擾，同模擬信號相比，數字信號的抗干擾能力要求更高。

編碼器使用FEC編碼技術（前向糾錯編碼）。FEC糾錯能力較強，接收端接收碼字解碼后，容易發現錯誤，同時能夠找出錯誤碼元處在的位置，進行自動調整糾錯，FEC編碼技術實時性強，無需反饋糾錯信息，因此這種信道編碼方式在單向傳輸的廣播系統中被廣泛采用。但在發生突發性連串錯誤編碼時，FEC編碼技術不能很好的處理，為了對付大面積突發性的誤碼，編碼器還使用了交織編碼技術。交織編碼是指已經編碼的信號按照要求的規則進行重新排列，這樣在不需要增加額外的糾錯碼字的前提下，那些成串的誤碼就能夠被分散開，經過交織的編碼類似于獨立的隨機錯誤。

數字編碼器按照不同的標準采取相應的調制技術。當數字激勵器用于DVB-T標準時，一般使用COFDM調制技術。這是一種在字符間添加了保護間隔的多載波調制技術，由于增加了保護間隔，它克服了多徑傳輸的干擾。模擬發射在提高覆蓋范圍時，只能依靠提高發射機功率和天線高度及增加頻率來實現，具有很大的浪費。采用數字技術發射可以通過建立SFN（單頻網）來增加覆蓋，建立SFN（單頻網）就采用COFDM這種調制方式。COFDM多載波調制技術通常采用兩種模式（2K 、8K）；QPSK、16QAM、64QAM三種調制方式；1/4 、1/8 、1/16 、1/32四種保護間隔。子載波的產生不同于傳統模擬方式依靠頻率合成器完成，信號中的字節通過映射產生I、Q符號，該符號為基帶信號且相互正交，之后通過快速IFFT反向傅立葉變換產生子載波。

數字電視發射機建立SFN（單頻網）時，需要參加的全部發射機的時間和頻率同步一致。這需要通過激勵器編碼器進行延時控制實現。激勵器編碼器實施延時控制是通過接收GPS的1PPS（秒脈沖）和參考頻率（10MHz）鎖相同步來實現。

2 數字均衡器

數字電視信號要求發射機功放系統必須有較好的線性，當前改善功放系統線性度比較成熟的方法是在數字激勵器中加入預校正技術和均衡技術。數字激勵器的均衡器包括線性均衡器和群時延均衡器。數字均衡器主要有兩個功能，一個功能是預校正數字I、Q基帶信號的電平（相位、頻響），另一個功能是將數字I、Q基帶信號轉換為模擬信號，同時送入調制器進行變頻轉換。

均衡器補償數字電視發射機的各部分產生的線性總失真，線性失真包括相位線性失真和幅度線性失真。發射機產生線性失真的主要器件是功放系統的輸入/輸出匹配網絡和腔體及射頻濾波器。這些器件產生的頻響成為復頻響，都需要對其幅度和相位進行均衡。均衡器輸出的頻響與發射機各部分的總頻響呈復數共軛的函數轉換關系，當發射機的復頻響與均衡器產生的頻響函數相乘后，發射機的線性失真將下降至滿足標準要求的水平。理想的頻響是一個常數和頻率無關。群時延就是相位相對于頻率的失真，是指不同頻率的信號在通過整個信號帶寬范圍時產生不同的時延。理想的群時延也是一個常數和頻率無關。補償群時延失真的辦法通常是采用兩個數字均衡濾波器用于高頻和低頻補償。

3 調制器

數字激勵器調制器的功能是把經過COFDM調制并進行數模轉換后的兩路I、Q正交信號和頻率合成器輸出的視頻載波信號進行混頻、變頻成一路射頻輸出。

4 頻率合成器

頻率合成器的主要功能為輸出調制需要的視頻載波本振信號頻率，為單頻網提供參考時間和參考頻率。載波頻率的產生通過PLL（鎖相環頻率合成器）完成。PLL回路包括一個恒溫VCXO（壓控晶體振蕩器），帶寬為10MHz。輸出的每個頻率都與10MHz基準頻率同步，10MHz基準頻率的頻率精度較高，較高的頻率精度可降低噪聲和確保短期的穩定性。

5 控制電路

數字激勵器一般都配有可實現遠程遙控的RS232接口，同時安裝以工控機為核心的控制處理單元。控制處理單元提供了發射機當前的運行狀態信息、故障報警信息、參數配置信息、發射機的開啟與關閉及歷史記錄等信息。通過操控工控機可以顯示功放系統內部各功放模塊的實時狀態，控制單元通過外接傳感器監測發射機各裝置，管理發射機的全部操作。

二、中頻自適應數字預校正技術

自適應數字預校正技術（DAP）可將發射機在啟動后的數分鐘之內將發射機性能調整至最佳狀態，它不需要外界人工干預，同時自適應系統通過實時監控發射機的運行狀態來自動校正產生的波動，確保了發射機輸出的信號始終保持較高指標和穩定的狀態，也方便了用戶的維護。采用自適應數字預校正電路大大改善了數字電視發射機AB類功放系統的性能，提高了發射機的效率。數字電視發射機的關鍵性技術問題還是功放系統的線性問題，數字電視信號的調制都采用多載波方式，如果功放的線性差，在互調失真較大時就會導致嚴重的帶內干擾或鄰頻帶干擾，在解調時因互調失真導致接收的信號質量很差。當前采用最廣泛的技術是中頻自適應數字預校正技術，它具有精度準確、線性度好、易于電路集成模塊化的優點。

中頻自適應數字預校正針對發射機功放系統進行校正，它的原理是預先制定一個理想的補償曲線，曲線的幅度——幅度、相位——幅度與功率放大器系統的響應互補，功率放大器和預校正器級聯后就變成了理想的線性放大系統。已調制的中頻信號經過限幅器后進行線性均衡和非線性預校正，在處理的過程中反復進行數字信號處理，功放系統輸出端反饋回來的解調信號也被送入數字信號處理單元，數字信號處理單元按照一定的規則實時調整均衡器和非線性校正器的工作參數，來獲取補償曲線參數以抵消功放系統的響應，降低三階互調失真和五階互調失真的影響，改善了功放的線性度。自適應數字中頻預校正原理如圖2所示。

中頻自適應數字預校正器工作時首先進行信號限幅選擇，選擇合適的幅度來降低信號的峰值--平均值之比，同時清除掉數字信號處理時產生的臺肩，降低了因功率器件質量劣化造成的功率回退。限幅后的信號進行自適應線性均衡器的選擇，用來校正發射機無源器件（功率合成器、諧振腔和濾波器）產生的線性失真。然后進入幅度相位的非線性預校正環節，解調功放輸出端反饋回的射頻信號，經數字信號處理后產生中頻數字復信號作為反饋信號和進行線性均衡后的信號一起被計算處理得出當前的校正量。進行非線性預校正處理后的信號通常還要限幅，如果幅度小于設定的門限時不處理，大于門限時，取門限值。一般還要采用限幅濾波器來濾除限幅造成的帶外產物，使其降低到限幅處理以前的帶外產物信號電平狀態。

采用中頻自適應數字預校正技術后，一般在頻譜臺肩處可以提高約10dB，增加了功放的線性區間范圍，降低了鄰頻道干擾，有效解決了因功率回退導致的輸入功率增加的問題，提高了接收效果。

結語

數字激勵器輸入數字信號TS流，采用數字處理技術和數字自適應預校正技術，提高了信號的抗干擾能力，保證了數字電視信號能正確地傳輸和接收。

參考文獻

[1]顧明良.數字電視發射機激勵器淺析以及實驗設計[D].西安理工大學， 2006.

中圖分類號：TN948

文獻標識碼：A